Przygotowanie do egzaminu FE Civil: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 30 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Reakcje podpór belek

Równowaga
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Obciążenie równomierne
wypadkowa w·L w środku obciążenia
Moment
M = F·d

Metoda

  1. Narysuj schemat sił i zastąp każdą podporę jej reakcjami.
  2. Zastąp każde obciążenie ciągłe jedną siłą przyłożoną w jego środku ciężkości.
  3. Napisz równanie momentów względem jednej podpory, aby wyznaczyć reakcję w drugiej.
  4. Z ΣFy = 0 wyznacz pozostałą reakcję i sprawdź drugim równaniem momentów.

Kratownica: równoważenie węzłów

Metoda równoważenia węzłów
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Metoda przekrojów
ΣM = 0 about a cut point
Siła w pręcie
dodatnia = rozciąganie, ujemna = ściskanie

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór całej kratownicy.
  2. Metoda równoważenia węzłów: zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami w prętach i użyj ΣFx = 0 oraz ΣFy = 0.
  3. Metoda Rittera (przekrojów): przetnij potrzebny pręt i napisz równanie momentów względem punktu, w którym przecinają się pozostałe nieznane pręty.
  4. Załóż rozciąganie; wynik ujemny oznacza ściskanie.

Siła tnąca i moment zginający

Siła tnąca i moment
V = ΣF po jednej stronie, M = ΣF·d po jednej stronie
Naprężenie od zginania
σ = M·y/I
Prostokąt
I = bh³/12
Wskaźnik wytrzymałości przekroju
W = I/ymax
Swobodnie podparta, obciążenie równomierne
Mmax = wL²/8

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór z równowagi całej belki.
  2. Przetnij belkę w potrzebnym przekroju i zostaw jedną stronę.
  3. Siła tnąca: suma sił pionowych po tej stronie. Moment zginający: suma ich momentów względem przekroju.
  4. Aby znaleźć moment maksymalny, wyznacz miejsce, w którym siła tnąca jest równa zeru.

Ugięcie belki

Siła skupiona w środku rozpiętości
δ = PL³/(48EI)
Obciążenie równomierne, belka swobodnie podparta
δ = 5wL⁴/(384EI)
Wspornik, siła na końcu
δ = PL³/(3EI)
Wspornik, obciążenie równomierne
δ = wL⁴/(8EI)
Superpozycja
δ = δ1 + δ2

Wyboczenie słupów

Siła krytyczna Eulera
Pcr = π²EI/(KL)²
Współczynnik długości wyboczeniowej
K = 1 przegub–przegub, 0,5 utwierdzenie–utwierdzenie, 0,7 utwierdzenie–przegub, 2 utwierdzenie–wolny koniec
Naprężenie krytyczne
σcr = Pcr/A
Smukłość
λ = KL/r, r = √(I/A)

Środek ciężkości i moment bezwładności

Środek ciężkości
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Prostokąt
I = bh³/12
Twierdzenie Steinera
I = Ic + A·d²
Przekrój złożony
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

Naprężenie efektywne w gruncie

Naprężenie całkowite
σ = Σγi·hi
Ciśnienie wody w porach
u = γw·(z − zw)
Naprężenie efektywne
σ′ = σ − u
Woda
γw = 9,81 kN/m³

Osiadanie konsolidacyjne

Normalnie skonsolidowany
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Naprężenie końcowe
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Prekonsolidowany, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Prekonsolidowany, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Wskaźnik prekonsolidacji
OCR = σ′p/σ′0
Czas konsolidacji
t = Tv·Hdr²/cv
Droga filtracji
Hdr = H/2 (drenaż dwustronny), H (drenaż jednostronny)
Czynniki czasu
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Parcie hydrostatyczne

Ciśnienie na głębokości
p = ρgh
Parcie na ścianę pionową
F = ρg·hc·A
Środek parcia
yp = yc + Ic/(ycA)
Prostokąt
Ic = bH³/12

Tarcie w rurach i straty wysokości

Liczba Reynoldsa
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Charakter przepływu
laminarny poniżej Re ≈ 2000, turbulentny powyżej Re ≈ 4000
Prędkość średnia
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Straty miejscowe
hm = ΣK·V²/(2g)
Typowe wartości K
wlot 0,5, wylot 1,0, kolano 90° ≈ 0,3
Spadek ciśnienia
Δp = ρ·g·hf
Dwa otwarte zbiorniki
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Swobodny wypływ
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Wzór Manninga
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Natężenie przepływu
Q = A·V
Promień hydrauliczny
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Prostokąt
A = b·y, P = b + 2y
Trapez (nachylenie skarp z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Rura kołowa, pełna lub w połowie wypełniona
R = D/4
Wymagany spadek
S = (n·Q/(A·R2/3))²

Pompy i moc pomp

Moc hydrauliczna
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Moc na wale
Pshaft = Ph/ηpump
Moc elektryczna
Pel = Pshaft/ηmotor
Wysokość podnoszenia pompy
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Straty w instalacji
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Wartość pieniądza w czasie

Wartość przyszła
FV = PV·(1 + i)n
Wartość bieżąca
PV = FV/(1 + i)n
Kilka okresów w roku
i = r/m, N = m·n
Renta, wartość bieżąca
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Renta, wartość przyszła
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Metoda

  1. Narysuj oś czasu z każdym przepływem pieniężnym i jego terminem.
  2. Dopasuj stopę do okresu: miesięczna stopa dla miesięcznych płatności.
  3. Użyj FV = PV·(1 + i)ⁿ dla pojedynczych kwot i wzorów na rentę dla równych płatności.
  4. Sprawdź znak i rząd wielkości odpowiedzi.

NPV i IRR

Wartość bieżąca netto
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Równe przepływy pieniężne
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Wewnętrzna stopa zwrotu
r, przy którym NPV = 0
Decyzja
przyjmij, gdy NPV > 0 (lub IRR > wymagana stopa zwrotu)

Metoda

  1. Wypisz wszystkie przepływy pieniężne z ich rokiem; inwestycja w roku 0 jest ujemna.
  2. Zdyskontuj każdy przepływ: CFt/(1 + r)t.
  3. Zsumuj je, aby otrzymać NPV. Wartość dodatnia oznacza, że projekt zarabia więcej niż r.
  4. Dla IRR znajdź stopę, przy której NPV jest równe zeru, metodą prób lub interpolacji.

Rozkład normalny

Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ

Metoda

  1. Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
  2. Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
  3. Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
  4. Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.

2Zadania do ćwiczenia

1.Reakcje podpór belekŚredni
w = 12 kN/mP = 35 kNABMA​ = ?2 m3 m

Wspornik jest utwierdzony w ścianie w A. Przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości i siłę skupioną P w odległości 2 m od ściany. Wyznacz wartość momentu utwierdzenia MA w ścianie.

L = 5 mP = 35 kN w 2 mw = 12 kN/m od 0 do 5 m
MA = kN·m
2.Reakcje podpór belekTrudny
w0​ = 20 kN/mP = 65 kNABMA​ = ?4 m6 m

Wspornik jest utwierdzony w ścianie w A. Przenosi obciążenie liniowo zmienne o wartości 20 kN/m przy ścianie, malejące do zera na swobodnym końcu B, oraz siłę skupioną P w odległości 4 m od ściany. Wyznacz wartość momentu utwierdzenia MA w ścianie.

L = 10 mw0 = 20 kN/mP = 65 kN w 4 m
MA = kN·m
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABCDEFGH15 kN10 kN40 kN20 kN4 × 4 m3 m

Dokładnie jeden pręt tej kratownicy nie przenosi siły przy tych obciążeniach. Który to pręt zerowy? Kliknij go na rysunku.

B: 15 kN ↓D: 10 kN ↓F: 40 kN ↓H: 20 kN ↓
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt FC
  13. 13pręt HC
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABCDEFGH15 kN10 kN35 kN35 kN4 × 4 m4 m

Dokładnie jeden pręt tej kratownicy nie przenosi siły przy tych obciążeniach. Który to pręt zerowy? Kliknij go na rysunku.

C: 15 kN ↓D: 10 kN ↓G: 35 kN ↓H: 35 kN ←
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt FC
  13. 13pręt HC
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 2 kN/mABprzekrój3,5 m0,5 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 3,5 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 4 mw = 2 kN/m od 0 do 4 mx = 3,5 m
Mx = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 6 kN/mABC4 m1 m

Belka opiera się na podporze nieprzesuwnej w A i przesuwnej w B i wystaje poza B o 1 m aż do swobodnego końca C. Na całej długości A–C działa obciążenie równomiernie rozłożone w. Wyznacz odległość xc od A do miejsca zerowego momentu między podporami (w którym moment zginający zmienia znak).

L = 5 mw = 6 kN/m od 0 do 5 mpodpory w x = 0 i x = 4 m
xc = m
7.Ugięcie belkiŚredni
P = 29 kNABδ0,5 m4,5 m

Wspornik o długości L jest utwierdzony w A i przenosi siłę skupioną P w odległości a = 0,5 m od A. Wyznacz ugięcie δB swobodnego końca B.

P = 29 kNa = 0,5 mL = 5 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 2 kN/mδL = 3 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w. Jej ugięcie nie może przekroczyć rozpiętość/360. Wyznacz najmniejszy moment bezwładności Ireq, który spełnia ten warunek.

w = 2 kN/mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 1 m25 × 100 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i wolny u góry. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 1 mE = 200 GPa (stal)b × h = 25 × 100 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 4 md = 50 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i przegubowo podparty u góry. Wyznacz jego smukłość i naprężenie krytyczne σcr ze wzoru Eulera.

L = 4 mE = 200 GPa (stal)d = 50 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
xD = 100d = 80wymiary w mm

Rura okrągła ma średnicę zewnętrzną D = 100 mm i średnicę wewnętrzną d = 80 mm. Wyznacz promień bezwładności r przekroju względem poziomej osi centralnej.

D = 100 mmd = 80 mm
r = mm
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
2401010020xM = 25 kN·mwymiary w mm

Przekrój teowy pracuje jako belka z półką u góry i przenosi dodatni moment zginający 25 kN·m. Wyznacz wartość naprężenia od zginania σgóra na górnej krawędzi.

bf = 240 mmtf = 10 mmtw = 20 mmhw = 100 mmM = 25 kN·m
σgóra = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³10 mzwierciadło wody gruntowejXz = 8 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz pionowe naprężenie efektywne σ′ w punkcie X.

z = 8 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³3 mglinaγsat​ = 17,5 kN/m³7 mzwierciadło wody gruntowejXz = 6,5 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz ciśnienie wody w porach u w punkcie X.

z = 6,5 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³glina: γsat = 17,5 kN/m³
u = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 80 kPapiasekglinaCc​ = 0,45, Cr​ = 0,06e0​ = 1,2σ′0​ = 120 kPaOCR = 2,57,5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 7,5 m ma Cc = 0,45, Cr = 0,06 i e₀ = 1,2. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 120 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 2,5. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 80 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 7,5 mCc = 0,45Cr = 0,06e0 = 1,2σ′0 = 120 kPaOCR = 2,5Δσ = 80 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 9 mcv​ = 2 m²/rok9 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 9 m ma współczynnik konsolidacji cv = 2 m²/rok. Leży na nieprzepuszczalnej skale, a nad nią jest piasek, więc woda odpływa tylko górą. Dla średniego stopnia konsolidacji 60% czynnik czasu wynosi Tv = 0,287. Po ilu latach t warstwa osiągnie 60% konsolidacji?

H = 9 mcv = 2 m²/rokU = 60%Tv = 0,287drenaż jednostronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 0,5 mH = 3 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 0,5 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 0,5 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 2,5 mH = 1 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 2,5 m pod powierzchnią. Wyznacz głębokość ycp środka parcia pod powierzchnią.

d = 2,5 mH = 1 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
Q = 5 L/sD = 50 mmL = 1000 mf = 0,022

Woda płynie z natężeniem 5 L/s przez rurę o długości 1000 m i średnicy wewnętrznej 50 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

Q = 5 L/sL = 1000 mD = 50 mmf = 0,022g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2Δz = 10 mL = 150 m, D = 250 mm, f = 0,022× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 150 m, średnicy wewnętrznej 250 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,02. Zwierciadło wody w górnym zbiorniku leży 10 m wyżej niż w dolnym. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 2 (K = 0,3 każde), zawór (K = 2) i wylot do dolnego zbiornika (K = 1,0). Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz natężenie przepływu Q w L/s.

Δz = 10 mL = 150 mD = 250 mmf = 0,02Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 2Kexit = 1,0
Q = L/s
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 3,5 my = 2,3 m3 : 1n = 0,012, S = 0,0008

Trapezowy kanał (wygładzony beton) ma szerokość dna 3,5 m i nachylenie skarp 3:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 2,3 m. Współczynnik Manninga n = 0,012, a spadek dna S = 0,0008. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 3,5 my = 2,3 mz = 3n = 0,012S = 0,0008
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 2,5 my = 1,6 m1 : 1n = 0,03, Q = 13 m³/s

Trapezowy kanał (grunt porośnięty trawą) o szerokości dna 2,5 m i nachyleniu skarp 1:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 13 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 1,6 m. Współczynnik Manninga n = 0,03. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 13 m³/sb = 2,5 my = 1,6 mz = 1n = 0,03
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 60 L/sH = 46 m

Pompa tłoczy 60 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 46 m. Sprawność pompy wynosi 82%, a napędzającego ją silnika elektrycznego 88%. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz moc elektryczną Pel pobieraną przez silnik, w kW.

Q = 60 L/sH = 46 mηpump = 82%ηmotor = 88%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 75 L/sΔz = 7 mL = 100 m, D = 200 mm, f = 0,025, ΣK = 4

Pompa przetłacza 75 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 7 m wyżej. Rura ma długość 100 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,025; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 4 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 75 L/sΔz = 7 mL = 100 mD = 200 mmf = 0,025ΣK = 4
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123456PV = ?€5 000

Za 6 lat potrzebujesz €5 000. Konto daje 4,8 % rocznie z kapitalizacją kwartalną. Ile musisz wpłacić dziś? Wyznacz wartość bieżącą PV.

FV = €5 0004,8% / 4n = 6
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…96€150€150€150FV = ?

Odkładasz €150 na koniec każdego miesiąca przez 8 lat. Konto daje 3 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Ile uzbierasz na koniec? Wyznacz FV.

A = €1503% / 12N = 96
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata012345−50 00011 00011 00011 00011 00021 000

Maszyna kosztuje dziś €50 000. Przynosi €11 000 na koniec każdego roku przez 5 lat, a potem można ją sprzedać za €10 000. Koszt kapitału wynosi 10 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

C0 = €50 000CF = €11 000S = €10 000n = 5r = 10%
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
r (%)NPVABr* = ?0

Projekt A kosztuje €40 000 i przynosi €22 000, €16 000, €9 000 na koniec lat od 1 do 3. Projekt B kosztuje €50 000 i przynosi €13 000, €21 500, €25 500. Wyznacz stopę graniczną r*, przy której oba projekty mają to samo NPV, w procentach.

A: −40 000, 22 000, 16 000, 9 000B: −50 000, 13 000, 21 500, 25 500
r* = %
29.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole na prawo od z = 0,0749

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,0749. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,0749
z =
30.Rozkład normalnyTrudny
μ = 65x = ?80%

Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 80% wszystkich wartości (80. percentyl).

μ = 65σ = 10P = 80%
x = pkt

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: MA = 220 kN·m

Równowaga wspornika: utwierdzenie może pchać w górę i również przeciwdziałać obrotowi, więc daje reakcję pionową RA i moment utwierdzenia MA. ΣFy = 0 daje RA, a momenty względem ściany dają MA = Σ(obciążenie × odległość od ściany). Obciążenie ciągłe działa jak jego wypadkowa w środku ciężkości wykresu obciążenia.

Wypadkowa obciążenia ciągłego

W = 12·5 = 60 kN, x̄ = 2,5 m

Moment względem ściany

MA = P·a + W·x̄ = 35·2 + 60·2,5 = 220 kN·m

Odpowiedź

MA = 220 kN·m
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: MA = 593,3 kN·m

Równowaga wspornika: utwierdzenie może pchać w górę i również przeciwdziałać obrotowi, więc daje reakcję pionową RA i moment utwierdzenia MA. ΣFy = 0 daje RA, a momenty względem ściany dają MA = Σ(obciążenie × odległość od ściany). Obciążenie ciągłe działa jak jego wypadkowa w środku ciężkości wykresu obciążenia.

Wypadkowa obciążenia trójkątnego

W = ½·20·10 = 100 kN
x̄ = L/3 = 3,333 m

Moment względem ściany

MA = W·x̄ + P·a = 100·3,333 + 65·4 = 593,3 kN·m

Odpowiedź

MA = 593,3 kN·m
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt CG

Pręty zerowe: w węźle siły muszą się równoważyć w każdym kierunku. Jeśli węzeł nie ma obciążenia ani podpory, a dwa z trzech jego prętów leżą na jednej prostej, to równowaga w kierunku prostopadłym do tej prostej dotyczy tylko trzeciego pręta, więc jego siła jest równa zeru. Jeśli w nieobciążonym węźle schodzą się tylko dwa pręty i nie leżą na jednej prostej, oba są zerowe.

Węzeł G

FG i GH leżą na jednej prostej, a węzeł nie jest obciążony. Równowaga sił w poprzek tej prostej dotyczy tylko CG.

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

Sprawdź metodą węzłów

Rozwiązanie wszystkich węzłów daje takie siły w prętach (T = rozciąganie, C = ściskanie).

AB: 65 kN (T), BC: 65 kN (T), CD: 48,33 kN (T), DE: 48,33 kN (T), FG: 56,67 kN (C), GH: 56,67 kN (C), AF: 81,25 kN (C), HE: 60,42 kN (C), BF: 15 kN (T), CG: 0, DH: 10 kN (T), FC: 10,42 kN (C), HC: 10,42 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: CG
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt BF

Pręty zerowe: w węźle siły muszą się równoważyć w każdym kierunku. Jeśli węzeł nie ma obciążenia ani podpory, a dwa z trzech jego prętów leżą na jednej prostej, to równowaga w kierunku prostopadłym do tej prostej dotyczy tylko trzeciego pręta, więc jego siła jest równa zeru. Jeśli w nieobciążonym węźle schodzą się tylko dwa pręty i nie leżą na jednej prostej, oba są zerowe.

Węzeł B

AB i BC leżą na jednej prostej, a węzeł nie jest obciążony. Równowaga sił w poprzek tej prostej dotyczy tylko BF.

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

Sprawdź metodą węzłów

Rozwiązanie wszystkich węzłów daje takie siły w prętach (T = rozciąganie, C = ściskanie).

AB: 1,25 kN (T), BC: 1,25 kN (T), CD: 23,75 kN (T), DE: 23,75 kN (T), FG: 72,5 kN (C), GH: 72,5 kN (C), AF: 51,27 kN (C), HE: 33,59 kN (C), BF: 0, CG: 35 kN (C), DH: 10 kN (T), FC: 51,27 kN (T), HC: 19,45 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: BF
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 1,75 kN·m

Metoda przekrojów: przetnij belkę tam, gdzie chcesz znać siły wewnętrzne, i zostaw jedną stronę. Siła tnąca V równoważy siły pionowe po tej stronie, a moment zginający M ich momenty względem przekroju.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 2·4 = 8 kN, przyłożona w x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 2·4·2
RB = 16/4 = 4 kN
ΣFy = 0: RA = 8 − 4 = 4 kN
w = 2 kN/mABRA​ = 4RB​ = 4przekrój3,5 m0,5 m

Przetnij w x = 3,5 m i zostaw lewą część

Uwzględniasz tylko siły na lewo od przekroju. Fragment obciążenia ciągłego działa jak jedna siła w środku tego fragmentu.

M = RA·x − (każde obciążenie na lewo od przekroju × jego odległość od przekroju)
Mx = 4·3,5 − 2·3,5·1,75 = 1,75 kN·m

Odpowiedź

Mx = 1,75 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: xc = 3,75 m

Metoda przekrojów: przetnij belkę tam, gdzie chcesz znać siły wewnętrzne, i zostaw jedną stronę. Siła tnąca V równoważy siły pionowe po tej stronie, a moment zginający M ich momenty względem przekroju. Moment maksymalny: ponieważ dM/dx = V, moment zginający osiąga ekstremum tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero, albo w miejscu siły skupionej, albo wewnątrz obciążenia ciągłego.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki, łącznie z obciążeniem na wsporniku.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 6·5 = 30 kN, przyłożona w x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·4 = 6·5·2,5
RB = 75/4 = 18,75 kN
ΣFy = 0: RA = 30 − 18,75 = 11,25 kN

Zerowy moment

Między podporami M(x) = RA·x − w·x²/2. Poza x = 0 jest równy zeru w x = 2RA/w.

RA·xc − w·xc²/2 = 0
xc = 2·11,25/6 = 3,75 m

Odpowiedź

xc = 3,75 m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δB = 69,25 mm

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Spójne jednostki

Licz w N i mm: P w N, w w N/mm (kN/m = N/mm), L w mm, E w N/mm² (GPa × 1000), I w mm⁴.

P = 29000 N, a = 500 mm, L = 5000 mm
EI = 2,53 × 10¹¹ N·mm²

Ugięcie swobodnego końca

Ugięcie pod siłą plus kąt obrotu pod siłą razy pozostała długość.

δP = Pa³/(3EI) = 4,776 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0,01433 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 69,25 mm

Odpowiedź

δB = 69,25 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: Ireq = 3,616 × 10⁶ mm⁴

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Warunek ugięcia

δallow = L/360 = 3000/360 = 8,333 mm

Wymagany moment bezwładności

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·3000⁴/(384·70000·8,333) = 3,616 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 3,616 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ireq = 3,616 × 10⁶ mm⁴
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 64,26 kN

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Prostokąt wybocza się względem słabszej osi, z mniejszym wymiarem do sześcianu.

Imin = h·b³/12 = 100·25³/12 = 130208 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 2·1000 = 2000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·130208/2000² = 64255 N = 64,26 kN

Odpowiedź

Pcr = 64,26 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 39,34 MPa

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Przekrój kołowy ma to samo I względem każdej osi.

I = πd⁴/64 = π·50⁴/64 = 306796 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 1963 mm²
r = √(I/A) = √(306796/1963) = 12,5 mm
KL = 0,7·4000 = 2800 mm
KL/r = 2800/12,5 = 224

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/224² = 39,34 MPa

Odpowiedź

σcr = 39,34 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: r = 32,02 mm

Moment bezwładności: dla prostokąta względem własnej osi centralnej I = bh³/12, a względem podstawy bh³/3 (twierdzenie Steinera I = Ic + A·d²). Otwór uwzględnia się, odejmując jego I, o ile obie części odnoszą się do tej samej osi. Sprężysty wskaźnik wytrzymałości to S = I/c, gdzie c jest odległością do skrajnych włókien. Promień bezwładności r = √(I/A) to odległość, w której całe pole dawałoby ten sam moment I; stosuje się go przy wyboczeniu słupów.

Pole netto i moment bezwładności netto

A = π(D² − d²)/4 = 2827 mm²
I = π(D⁴ − d⁴)/64 = 2,898 × 10⁶ mm⁴

Promień bezwładności

r = √(I/A) = √(2,898 × 10⁶/2827) = 32,02 mm

Odpowiedź

r = 32,02 mm
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σgóra = 150,4 MPa

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Podziel na dwa prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka: Af = 240·10 = 2400 mm², yf = 100 + 10/2 = 105 mm
środnik: Aw = 20·100 = 2000 mm², yw = 100/2 = 50 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2400·105 + 2000·50)/4400 = 80 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 240·10³/12 + 2400·(105 − 80)² = 1,52 × 10⁶ mm⁴
środnik: 20·100³/12 + 2000·(50 − 80)² = 3,467 × 10⁶ mm⁴
Ix = 1,52 × 10⁶ + 3,467 × 10⁶ = 4,987 × 10⁶ mm⁴

Naprężenie od zginania

Górna krawędź jest w odległości h − ȳ od osi.

y = 110 − 80 = 30 mm
σ = M·y/I = 2,5 × 10⁷·30/4,987 × 10⁶ = 150,4 MPa

Odpowiedź

σgóra = 150,4 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 98,95 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Naprężenie całkowite

Dodaj ciężar każdej warstwy gruntu nad X. Nad zwierciadłem wody użyj ciężaru objętościowego suchego, poniżej nasyconego.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 16·3 + 20·5 = 148 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·5 = 49,05 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 148 − 49,05 = 98,95 kPa

Odpowiedź

σ′ = 98,95 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: u = 53,96 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·5,5 = 53,96 kPa

Odpowiedź

u = 53,96 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 45,38 mm

Konsolidacja pierwotna warstwy gliny o miąższości H, z naprężeniem efektywnym w środku warstwy: σ′f = σ′0 + Δσ. Glina normalnie skonsolidowana: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Glina prekonsolidowana ulega ponownemu ściśnięciu wzdłuż Cr aż do naprężenia prekonsolidacji σ′p, a dopiero powyżej niego podąża za Cc. Czas: t = Tv·Hdr²/cv, gdzie droga filtracji Hdr wynosi H/2, gdy woda może odpływać górą i dołem, oraz H, gdy drenaż jest tylko z jednej strony.

Naprężenie prekonsolidacji

σ′p = OCR·σ′0 = 2,5·120 = 300 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 120 + 80 = 200 kPa ≤ 300 kPa

Osiadanie

Glina pozostaje na linii ponownego ściskania.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,06·7,5/(1 + 1,2)·log₁₀(200/120) = 45,38 mm

Odpowiedź

S = 45,38 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 11,62 lata

Konsolidacja pierwotna warstwy gliny o miąższości H, z naprężeniem efektywnym w środku warstwy: σ′f = σ′0 + Δσ. Glina normalnie skonsolidowana: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Glina prekonsolidowana ulega ponownemu ściśnięciu wzdłuż Cr aż do naprężenia prekonsolidacji σ′p, a dopiero powyżej niego podąża za Cc. Czas: t = Tv·Hdr²/cv, gdzie droga filtracji Hdr wynosi H/2, gdy woda może odpływać górą i dołem, oraz H, gdy drenaż jest tylko z jednej strony.

Droga filtracji

Hdr = H = 9 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,287·9²/2 = 11,62 lata

Odpowiedź

t = 11,62 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 176,6 kN

Parcie hydrostatyczne na powierzchnię płaską: F = ρ·g·yc·A. Działa w środku parcia, ycp = yc + Ic/(ycA), który zawsze leży poniżej środka ciężkości.

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 0,5 + 3/2 = 2 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
zasuwad = 0,5 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2·9 = 176,6 kN

Odpowiedź

F = 176,6 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: ycp = 3,028 m

Parcie hydrostatyczne na powierzchnię płaską: F = ρ·g·yc·A. Działa w środku parcia, ycp = yc + Ic/(ycA), który zawsze leży poniżej środka ciężkości.

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 2,5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·1,5 = 1,5 m²
zasuwad = 2,5 mH = 1 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·1,5 = 44,15 kN

Środek parcia

Ciśnienie rośnie z głębokością, więc wypadkowa działa poniżej środka ciężkości.

Ic = b·H³/12 = 1,5·1³/12 = 0,125 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3 + 0,125/(3·1,5) = 3,028 m

Odpowiedź

ycp = 3,028 m
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 145,4 m

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Prędkość średnia

A = π·0,05²/4 = 0,001963 m²
V = Q/A = 0,005/0,001963 = 2,546 m/s

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 2,546²/(2·9,81) = 0,3305 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,022·(1000/0,05)·2,546²/(2·9,81) = 145,4 m

Odpowiedź

hf = 145,4 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Q = 171,4 L/s

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Współczynniki strat

f·L/D = 0,02·150/0,25 = 12
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 2 + 1,0 = 4,1

Równanie energii

Obie powierzchnie są otwarte do atmosfery i praktycznie w spoczynku, więc całe Δz jest tracone w rurze.

10 = (12 + 4,1)·V²/(2·9,81)
V = √(2·9,81·10/16,1) = 3,491 m/s

Natężenie przepływu

Q = V·π·D²/4 = 3,491·0,04909 = 0,1714 m³/s = 171,4 L/s

Odpowiedź

Q = 171,4 L/s
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 68,03 m³/s

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Geometria

A = (b + z·y)·y = (3,5 + 3·2,3)·2,3 = 23,92 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3,5 + 2·2,3·√(1 + 3²) = 18,05 m
R = A/P = 1,325 m

Prędkość

V = (1/0,012)·1,3252/3·0,00081/2 = 2,844 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 23,92·2,844 = 68,03 m³/s

Odpowiedź

Q = 68,03 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,003873 m/m

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Geometria

A = (b + z·y)·y = (2,5 + 1·1,6)·1,6 = 6,56 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2,5 + 2·1,6·√(1 + 1²) = 7,025 m
R = A/P = 0,9337 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,03·13/(6,56·0,9553) = 0,06223
S = 0,06223² = 0,003873

Odpowiedź

S = 0,003873

To spadek o 3,873 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pel = 37,52 kW

Moc pompy: moc przekazana wodzie to moc hydrauliczna Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Wał musi dostarczyć więcej, bo pompa ma straty: Pshaft = Ph/ηpump, a silnik pobiera Pel = Pshaft/ηmotor. Wysokość podnoszenia pompy H wynika z równania energii: geometryczna wysokość podnoszenia + wysokość ciśnienia + wszystkie straty tarcia i miejscowe.

Moc hydrauliczna

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,06·46 = 27,08 kW

Moc na wale

Pshaft = 27,08/0,82 = 33,02 kW

Moc elektryczna

Pel = 33,02/0,88 = 37,52 kW

Odpowiedź

Pel = 37,52 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 11,79 m

Moc pompy: moc przekazana wodzie to moc hydrauliczna Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Wał musi dostarczyć więcej, bo pompa ma straty: Pshaft = Ph/ηpump, a silnik pobiera Pel = Pshaft/ηmotor. Wysokość podnoszenia pompy H wynika z równania energii: geometryczna wysokość podnoszenia + wysokość ciśnienia + wszystkie straty tarcia i miejscowe.

Prędkość

V = Q/A = 0,075/0,03142 = 2,387 m/s
V²/(2g) = 0,2905 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (12,5 + 4)·0,2905 = 4,793 m

Wysokość podnoszenia pompy

Oba zwierciadła są otwarte i praktycznie w spoczynku, więc człony ciśnienia i prędkości znikają.

H = Δz + hL = 7 + 4,793 = 11,79 m

Odpowiedź

H = 11,79 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 3755 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Stopa i liczba okresów

i = 0,048/4 = 0,012
N = 4·6 = 24

Wartość bieżąca

PV = FV/(1 + i)N = 5 000/1,331 = €3 755,24

Odpowiedź

PV = €3 755,24
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 16252 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Stopa miesięczna i liczba wpłat

i = 0,03/12 = 0,0025
N = 12·8 = 96

Wartość przyszła wpłat

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 150·(1,271 − 1)/0,0025 = €16 252,11

Odpowiedź

FV = €16 252,11

Sam wpłaciłeś €14 400; reszta to odsetki.

27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = −2092 €

Wartość bieżąca netto: zdyskontuj każdy przepływ do dziś wymaganą stopą zwrotu r i zsumuj: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projekt z NPV > 0 zarabia więcej niż r i tworzy wartość. Wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) to stopa, przy której NPV = 0.

Wartość bieżąca rocznych przepływów

11 000·3,791 = 41 698,65

Wartość bieżąca wartości końcowej

10 000/1,611 = 6 209,21

NPV

NPV = −50 000 + 41 698,65 + 6 209,21 = −€2 092,13

Odpowiedź

NPV = −€2 092,13
28.NPV i IRR

Odpowiedź: r* = 6,647 %

Stopa graniczna (punkt Fishera): stopa dyskontowa, przy której dwa projekty mają to samo NPV. Jest to IRR różnicy ich przepływów (B − A). Poniżej niej wyższe NPV ma projekt z późniejszymi, większymi przepływami; powyżej wygrywa drugi.

Różnica przepływów

ΔCF0 = −50 000 − (−40 000) = −10 000
ΔCF1 = 13 000 − 22 000 = −9 000
ΔCF2 = 21 500 − 16 000 = 5 500
ΔCF3 = 25 500 − 9 000 = 16 500

IRR różnicy

NPVΔ(6%) = 258,13
NPVΔ(7%) = −138,39
r* = 6,647%

Odpowiedź

r* = 6,647%

Sprawdzenie: przy 6,647% oba NPV wynoszą €2 116,68.

29.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 1,44

Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.

Pole na lewo od z

Φ(z) = 1 − 0,0749 = 0,9251

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,9251 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 1,44

Odpowiedź

z = 1,44
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 73,42 pkt

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

z dla percentyla

Φ(z) = 0,8 → z = 0,8416

Powrót do x

x = 65 + 0,8416·10 = 73,42 pkt

Odpowiedź

x = 73,42 pkt

To niezależne materiały do ćwiczeń. ExamProblems nie jest powiązane z organizacją przeprowadzającą ten egzamin ani przez nią rekomendowane, a nazwa egzaminu służy wyłącznie do opisu treści. Egzamin FE exam prowadzi NCEES, organizacja niezwiązana z ExamProblems, która go nie popiera.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil